大吨位静载试验地基处理方法技术与应用

大吨位静载试验地基处理方法技术与应用

吴武强

广东运胜工程检测有限公司 广东佛山

摘 要：本文针对进行大吨位单桩竖向抗压静载试验时，面对软弱地基时的支墩地基的处理方法分析，并通过实地应用，选择最合理的处理方案。

关键词：静载试验；软弱地基；大吨位；

1 概述

随着城市建设的发展，我国的工程质量安全越来越受重视。在工程检测行业中，大吨位单桩静载试验往往跟质量、安全、成本紧密联系。目前在广东地区用的最多的加载反力装置是压重平台反力装置。当面对软土地基作为静载试验的支墩地基时，很多单位处理方法往往是满足不了支墩荷载不大于支墩地基承载力特征值的1～1．5倍要求，从而造成事故，或者造价远远高于检测费用、成本浪费现象。那目前常用的方法有换填法、筏板法、管桩筏板法等。面对工程地质的不同，选择合适的处理方法能够极大的保证安全和节约成本。现就针对各自方法的优缺点、技术成本进行分析。

2 工程概况与现场地质情况

广东地区某医院建设项目，建筑物重要性等级为一级，地基复杂程度为二级。本场地采用钻孔灌注桩，桩径800mm～1600mm。单桩竖向承载力特征值为10000kN～21000kN。试桩1#单桩竖向承载力特征值为21000kN，持力层为微风化花岗岩。本场地力学性质参数如下：

①层素填土fak=80(kPa)；②层有机质粉质粘土fak=50～180(kPa)；；③层砂质粘性土fak=200(kPa)；④-1层全风化花岗岩fak=400(kPa)；④-2层强风化花岗岩fak=600(kPa)；

3 换填法地基处理方案

3.1 以试桩1#最大试验荷载42000（承载力特征值的2倍）kN，采用4根12m主梁和18根14m次梁共约（260吨），两边支墩试块约280吨。施加在支墩下的总荷载为55800kN。取单边支墩面积为4*12=48㎡，两边共96㎡。故支墩地基处理后地基承载力fak应该满足公式（3-1），算的fak≥388kPa：

     T*2*1.2+（G+Z）*10≤1.5*fak*S        （3-1）

式中：T：单桩承载力特征值（kN）； G：所有主梁、次梁重量（t）；Z：两边支墩重量（t）；S：两边支墩受力面积（㎡）；

   3.2 以粗砾砂层承载力特征值为180kPa作为换填土层底进行按《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2012）进行Pz+Pcz≤faz（kPa）验算,如换填深度取4m,扩散角综合因素取值26°。计算垫层底面处的附加压力Pz=148kPa,取换填土的自重压力为Pcz=24kPa,按公式（3-2）：

   Pz=lb(Pk-PC)/(b+2ztanθ)(l+2ztanθ)]    （3-2）

式中：l ：矩形基础底面长度（m）； B ：矩形基础底面宽度（m）；

Pk ：基础底面处的平均压力值（kPa）；PC ：基础底面土的自重压力值（kPa）；θ ：垫层的压力扩散角（°）；

计算可得：Pz+Pcz=172kPa≤faz=180kPa，满足粗砾砂层作为换填层底的要求。

3.3采用3:7的粗砂碎石材料换填，或者角砾、卵石、砖渣换填，不含过多的垃圾材料。换填应该分层压实，保证级配良好。并可通过动力触探试验或者平板载荷试验对换填地基承载力进行验算。此场地通过重型动力触探试验，按碎石推定承载力特征值为400kPa～700kPa，大于388kPa，满足支墩地基处理后的要求。

4 筏板法地基处理方案

4.1以试桩2#最大试验荷载20000kN，采用2根12m主梁和10根14m次梁。施加在支墩下的总荷载为24090kN。当以素填土承载力特征值为fak=80kPa为筏板（混凝土板）受力层，故筏板面积S应该满足公式（3-1），算的S≥201㎡。

4.2以浇筑筏板面积：17*15=255㎡，扣除桩周边3.5*3.5=12㎡，则255-12=243㎡≥201㎡，满足要求。

4.3筏板尺寸：17m*15m*0.5m,强度采用C40,内设3级钢筋与1级箍筋。

5 管桩筏板法地基处理方案

5.1以试桩1#最大试验荷载20000kN，施加在支墩下的总荷载为55800kN。本方法通过在两边支墩的混凝土板下打入足够的预制管桩。

5.2根据《建筑地基基础设计规范》（DBJ 15-31-2016）的单桩的竖向承载力特征值Ra=u∑qsiali+qpaAP；式中：qsia：第i土层桩侧的摩阻力特征值（kPa）；qpa：桩端持力层端阻力特征值；u：桩身截面周长；li：第i土层的厚度；AP：桩身截面面积。本场地支墩地基处理预制管桩设计参数建议值见表1。

 预制管桩设计参数建议值表1

5.3预制管桩设计直径为400mm,壁厚95mm。则AP=0.091㎡，u=1.25m,计算的单桩的竖向承载力特征值Ra=u∑qsiali+qpaAP

=1.25*(0.8*20+25+40+2.3*22+8.0*30+11*40+10*40)+0.091*2000=1696.5kN；取1.7倍Ra作为极限承载力，故需要的桩数为：55800kN/（1.7*1696.5kN）=19.3根，取20根。场地支墩处理如图1。

支墩处理图1

5.4预制管桩施工完后通过低应变法对其完整性检测，需保证为Ⅰ类或Ⅱ类桩。需要对两边支墩各浇筑5m*13m的支墩承压板。

6 试验方法与分析

6.1考虑地质情况、经济效益和安全，试桩1#最终采用换填法地基处理方案。加载系统采用快速维持荷载法,每级加载为预定最大试验荷载的1/10，第一级、第二级按2倍分级荷载加载，每级荷载维持时间不应少于1H，且当本级荷载作用下的桩顶沉速率收敛时，可加下一级荷载。检测数据如图2。

Q-s曲线、数据汇总表图2

6.2检测结果与结论

试桩1#按最大试验荷载（42000kN）进行分级加载，在各级荷载作用下，桩顶沉降速率均能达到相对收敛。总沉降量为15.91mm，Q-s曲线平缓，无明显陡降段，s-lgt曲线呈平缓规则排列。该桩的竖向抗压极限承载力为42000kN，满足单桩竖向承载力特征值21000kN设计要求。

7 结论

7.1在进行大吨位单桩抗压静载试验时，面对地基处理方案的设计，很明显换填法在较好的地基上更具优势（成本低、效率高）；面对深厚软弱地基时，管桩筏板法更合理。

7.2面对地基处理方案的设计，必须与实际相符合。不然造成成本浪费或给试验人员造成极大安全隐患。

参考文献

[1]建筑地基基础检测规范（广东省标准）DBJ/T 15-60-2019

[2]建筑地基基础设计规范 (广东省标准) DBJ 15-31-2016

[3]建筑地基处理技术规范 （行业标准）JGJ 79-2012

[4]李超华.深厚软土地基大吨位静载试验地基处理技术分析.建筑监督检测与造价.1674-2133